universidade tecnolÓgica federal do parana...
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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANA
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE TECNOLOGIA EM ALIMENTOS
CURSO DE TECNOLOGIA EM ALIMENTOS
MARIA LUÍSA CERRI
ELABORAÇÃO DE MICROESFERAS DE CÁLCIO, MAGNÉSIO E FÓSFORO
COMO ALTERNATIVA PARA O ENRIQUECIMENTO DE MATRIZES
ALIMENTARES
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PONTA GROSSA
2017
MARIA LUÍSA CERRI
ELABORAÇÃO DE MICROESFERAS DE CÁLCIO, MAGNÉSIO E
FÓSFORO COMO ALTERNATIVA PARA O ENRIQUECIMENTO DE
MATRIZES ALIMENTARES
PONTA GROSSA
2017
Trabalho de Conclusão de Curso de
graduação, apresentado à disciplina de
Trabalho de Diplomação, do Curso
Superior de Tecnologia em Alimentos do
Departamento Acadêmico de Tecnologia
em Alimentos – DAALM – da
Universidade Tecnológica Federal do
Paraná – UTFPR, como requisito parcial
para obtenção do título de Tecnólogo.
Orientadora: Prof.a Dr.a Eliana Aparecida
Fagundes Queiroz Bortolozo
- A Folha de Aprovação assinada encontra-se arquivada na Secretaria Acadêmica -
TERMO DE APROVAÇÃO
ELABORAÇÃO DE MICROESFERAS DE CÁLCIO, MAGNÉSIO E FÓSFORO
COMO ALTERNATIVA PARA O ENRIQUECIMENTO DE MATRIZES
ALIMENTARES
Por
MARIA LUÍSA CERRI
Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi apresentado em 5 de dezembro de
2017, como requisito parcial para a obtenção do título de Tecnólogo em Alimentos. A
candidata foi arguida pela Banca Examinadora composta pelos membros abaixo
assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
__________________________________
Prof.ª Dr.a Eliana Fagundes Queiroz Bortolozo
Prof.a Orientadora.
________________________________
Prof.ª Dr.a Maria Helene Canteri
Membro titular.
________________________________
Prof.ª Msc. Simone Bowles
Membro titular.
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Ponta Grossa
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho aos meus pais, pelo esforço incondicional que investiram em
mim em todos esses anos.
“Se fui capaz de ver mais longe, é
porque me apoiei em ombros de gigantes”
Isaac Newton
AGRADECIMENTOS
Agradeço pela vida e pelas oportunidades que a mim se apresentaram e
tornaram possíveis essa pesquisa e graduação.
Meus sinceros agradecimentos à Universidade Tecnológica Federal do
Paraná, Câmpus Ponta Grossa, e todo seu corpo docente, direção e administração,
que por meios financeiros, físicos e humanísticos, prestaram todo o auxílio necessário
para a minha graduação e pesquisa.
Agradeço também ao departamento de Farmácia da Universidade Estadual
de Ponta Grossa pelo apoio à pesquisa, a partir da doação de materiais e empréstimo
de equipamentos.
À minha orientadora, Professora Doutora Eliana Fagundes Queiroz Bortolozo,
sou grata por ser a bússola deste estudo, por todo o tempo dedicado no esforço de
me ajudar a fazer uma pesquisa não só como protocolo para o término de curso, mas
sim uma pesquisa de excelência no intuito de colaborar para uma vida melhor para a
sociedade e em consonância com os aspectos sócio-ecológicos.
Ao Professor Doutor Paulo Vitor Farago, pela pronta abertura aos laboratórios
e apoio pleno com seu conhecimento desse tema tão atual e relevante.
À Professora Doutora Maria Helene Canteri, pela sua coorientação e pelas
palavras e conselhos sempre sábios.
Agradeço ao Laboratório Multiusuário da Universidade Estadual de Ponta
Grossa, pelo apoio na realização de análises.
Agradeço à Professora Doutora Lara Tschopoko Pedroso Pereira, por sua
prontidão e apoio.
Meu agradecimento aos meus pais pelo apoio incondicional, seja emocional,
financeiro ou outros. Devo minha vida a vocês e espero que possam se sentir
orgulhosos de meu esforço. Agradeço também pela ética, fibra moral e senso crítico
que me ensinaram.
À minha irmã, Ana Cecília, meu muito obrigada pelas brincadeiras e pelo
exemplo de força de vontade e foco.
Às minhas amigas da Universidade Aline, Andreia, Caroline, Crislayne,
Daiane, Emanoelle e Suzy, companheiras nos trabalhos durante toda a nossa
formação, durante as dificuldades, as broncas e também os bons momentos. A
graduação não teria sido a mesma sem vocês.
Agradeço às minhas amigas da antiga faculdade, Gabrielle, Giovana, Larissa,
Mariana e Rafaela, por ainda estarem presentes (próximas ou distantes) e me
auxiliarem durante este processo.
Termino esta sessão agradecendo a todos que direta ou indiretamente
participaram da minha formação e nem sempre têm visibilidade.
RESUMO
CERRI, Maria Luísa. ELABORAÇÃO DE MICROESFERAS DE CÁLCIO,
MAGNÉSIO E FÓSFORO COMO ALTERNATIVA PARA O ENRIQUECIMENTO DE
MATRIZES ALIMENTARES. 40 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em
Alimentos) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, 2017.
A microesfera possibilita proteger o seu núcleo de interações com elementos exteriores, evita reações de oxidação e libera seu composto de forma lenta ou dependendo de uma condição específica de pH ou temperatura. No caso da incorporação com nutrientes, as microesferas podem influenciar positivamente no aumento da biodisponibilidade. Este estudo teve como objetivo desenvolver e caracterizar microesferas incorporadas de cálcio, fósforo e magnésio, como alternativa para o enriquecimento de alimentos. Utilizou-se o método de spray drying e como encapsulante o polímero Eudragit®. Para a caracterização foram realizadas análises de cinzas, microscopia eletrônica de varredura (FEG-SEM), rendimento, eficiência de encapsulação, umidade e difração de raio-X. A partir de uma formulação com 90% de polímero e 10% de minerais, foram obtidas microesferas redondas e de superfície lisa, com rendimento de 51,95% e umidade de 6,64%. Em relação às cinzas obteve-se 10,358% ± 2,07 e a eficiência de encapsulação ficou em 94,69% ± 18,94. Comparando com os dados encontrados na literatura, a formulação em questão de rendimento e eficiência foi considerada satisfatória.
Palavras-chave: Microesfera. Minerais. Spray drying.
ABSTRACT
CERRI, MARIA LUÍSA. DEVELOPING OF MICROESPHERES CONTAINING
CALCIUM, MAGNESIUM AND PHOSPHORUS AS AN ALTERNATIVE TO ENRICH
A FOOD MATRIX. 40 F. CONCLUSION PAPER (FOOD TECHNOLOGY) –
FEDERAL TECHNOLOGICAL UNIVERSITY OF PARANÁ. PONTA GROSSA, 2017.
The microsphere allows the protection of the minerals from chemical interactions, avoid oxidative reactions, slowly liberate the compound, and only in certain conditions of pH and temperature. The microspheres can influence positively in the increase of the bioavailability of the minerals. The objective of this research is to develop and characterize microespheres incorporated with calcium, phosphorus and magnesium, as an alternative to enrich food. The method for obtaining the microspheres was the spray drying with the polymer Eudragit S100. For the characterization the analysis of ashes, field emission gun scanning electon microscope (FEG-SEM), output, efficiency of encapsulation, humidity and X-ray diffraction were done. The formulation containing 90% of polymer and 10% of minerals resulted in rounded microspheres with smooth surface, with output of 51,95% and humidity of 6,64%. The ashes analysis resulted in 10,358% ± 2,07 of inorganic material and the efficiency of encapsulation 94,69% ± 18,94. The formulation was considered satisfactory in terms of output and efficiency, comparing the data to the literature.
Keywords: Microsphere. Minerals. Spray drying.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 –REPRESENTAÇÃO DE ESFERA (A) E CAPSULA (B).………………………….....................16
Figura 2 - ESTRUTURA DOS DIFERENTES TIPOS DE MICROPARTÍCULAS……………................. 17
Figura 3 - ESTRUTURA QUÍMICA DE DIVERSOS TIPOS DE EUDRAGIT®………………………….... 20
Figura 4 – DESENHO EXPERIMENTAL DAS FASES DO ESTUDO………………………………….. ....23
Figura 5 – ELETROMICROGRAFIAS FEG-SEM DAS MICROPARTÍCULAS COM E SEM MINERAIS
EM DIFERENTES AUMENTOS...........................................................………………………………….. 29
Figura 6 – DIFRATOGRAMA DAS MICROPARTÍCULAS SEM MINERAIS …………………………….. 30
Figura 7 – DIFRATOGRAMA DAS MICROPARTÍCULAS COM MINERAIS ..………………………….. 31
Figura 8 – DIFRATOGRAMA COMPARATIVO DAS MICROESFERAS COM E SEM MINERAIS ....... 32
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – CONCENTRAÇÃO DOS COMPONENTES UTILIZADOS PARA O PROCEDIMENTO
EXPERIMENTAL..........................................................................………………………….....................24
Tabela 2 - PERCENTUAIS DE RENDIMENTO E UMIDADE DAS MICROPARTÍCULAS................... 26
Tabela 3 - TEOR DE CINZAS NAS DIFERENTES FORMULAÇÕES...........………………………….... 28
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO........................................................................................................10
2 OBJETIVOS............................................................................................................12
2.1 GERAL..................................................................................................................12
2.2 ESPECÍFICOS.....................................................................................................12
3 REVISÃO DA LITERATURA...................................................................................13
3.1 IMPORTÂNCIA DOS MINERAIS NO METABOLISMO HUMANO........................13
3.2 ALIMENTOS ENRIQUECIDOS............................................................................14
3.3 BIODISPONIBILIDADE........................................................................................14
3.4 MICROPARTÍCULAS POLIMÉRICAS..................................................................15
3.5 APLICAÇÃO DE MICROPARTÍCULAS................................................................17
3.6 MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE MICROPORTÍCULAS.......................................18
3.6.1 Spray Drying......................................................................................................18
3.7 POLÍMEROS pH-DEPENDENTES.......................................................................19
4 MATERIAIS E MÉTODOS.......................................................................................21
4.1 EQUIPAMENTOS.................................................................................................21
4.2 REAGENTES E SOLVENTES..............................................................................21
4.2.1 Minerais.............................................................................................................21
4.2.2 Polímeros...........................................................................................................21
4.2.3 Água purificada..................................................................................................21
4.2.4 Solventes e demais reagentes...........................................................................21
4.3 DESENHO EXPERIMENTAL...............................................................................22
4.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL....................................................................24
4.4.1 Planejamento da composição das microesferas .............................................. 24
4.4.2 Spray drying...................................................................................................... 24
4.4.3 Rendimento....................................................................................................... 25
4.4.4 Análise de umidade.......................................................................................... 25
4.4.5 Cinzas............................................................................................................... 25
4.4.6 Eficiência de Encapsulação (EE%)................................................................... 25
4.4.7 Microscopia eletrônica de varredura................................................................. 25
4.4.8 Difração de raios-x............................................................................................ 25
5 RESULTADOS....................................................................................................... 27
5.1 RENDIMENTO E UMIDADE................................................................................ 27
5.2 TEOR DE CINZAS............................................................................................... 27
5.3 EFICIÊNCIA DE ENCAPSULAÇÃO.................................................................... 28
5.4 FEG-SEM............................................................................................................. 28
5.4 DIFRAÇÃO RAIO-X ............................................................................................. 30
6 CONCLUSÃO......................................................................................................... 33
REFERENCIAS......................................................................................................... 34
10
1 INTRODUÇÃO
A carência de micronutrientes (vitaminas e minerais) tem-se demonstrado
prevalente na população brasileira, sobretudo em crianças, relacionadas com
condições socioeconômicas e ambientais (PEDRAZA; DANTAS ROCHA, 2016). Os
minerais e vitaminas são nutrientes essenciais, atuando na formação e manutenção
do corpo, em atividades enzimáticas, balanço osmótico e ácido-básico, transporte e
transferência de nutrientes, sensibilidade de células nervosas e musculares,
modulação do sistema imune, entre outras funções orgânicas (BRINQUES, 2014).
O enriquecimento ou fortificação dos alimentos é uma estratégia para corrigir a
ingestão inadequada de minerais e vitaminas para populações de diferentes faixas
etárias. No Brasil, os alimentos enriquecidos são regulamentados pela Portaria n. 31
de 13 de janeiro de 1998 que fixa a identidade e as características mínimas de
“Alimentos Adicionados de Nutrientes Essenciais” (BRASIL, 1998).
Fortificam-se alimentos quando se pode confirmar uma deficiência em um
número relevante de indivíduos. Já a suplementação é feita para grupos específicos
com aquela deficiência, como por exemplo, uma possível deficiência de cálcio em
gestantes, crianças em fase de crescimento ou idosos (COZZOLINO,2007). No Brasil,
alguns alimentos já têm a fortificação obrigatória pelo Ministério da Saúde, como o
ferro e ácido fólico, cuja adição é obrigatória nas farinhas de trigo e milho (BRASIL,
2002).
A biodisponibilidade de nutrientes representa a fração potencialmente utilizada
pelo organismo, levando-se em consideração sua digestibilidade, absorção,
transporte e metabolização no tecido alvo e deve ser levada em conta ao se fortificar
uma matriz alimentar (COZZOLINO, 2007). A biodisponibilidade de nutrientes está
condicionada à condição de ingestão, à saúde do indivíduo, à forma de preparo do
alimento, à forma química do nutriente e a matriz alimentar. Essas propriedades
podem ser influenciadas pelo processamento dos alimentos, como ação do calor,
fermentação e enriquecimento dos alimentos (COZZOLINO, 2007).
Uma alternativa para a fortificação dos alimentos é o uso das microesferas, que
protegem elementos frágeis, garantem um aumento da biodisponibilidade e diminuem
a interferência do nutriente nas características sensoriais dos alimentos. Isso porque
a microesfera é capaz de evitar interações entre componentes, retardar a migração
11
dos componentes do núcleo para o exterior, proteger de reações degradativas como
a oxidação e permitir que a liberação do material seja controlada (AZEREDO, 2005).
Este trabalho foi motivado levando-se em conta a incidência da carência
populacional dos minerais cálcio, magnésio e fósforo (IBGE, 2008/2009) e a
dificuldade e insuficiência verificada na fortificação tradicional de alimentos.
O desenvolvimento de microesferas compostas de cálcio, magnésio e fósforo,
nas proporções ideais para o desenvolvimento do tecido ósseo e outras funções
orgânicas destes nutrientes, poderá viabilizar uma nova alternativa para a área de
alimentos enriquecidos com maior biodisponibilidade e menor influência nas suas
características sensoriais.
12
2 OBJETIVOS
2.1 GERAL
Desenvolver e caracterizar microesferas de cálcio, fósforo e magnésio a partir
da técnica de Spray Dryer, utilizando o Eudragit® como material encapsulante.
2.2 ESPECÍFICOS
Determinar as proporções dos nutrientes cálcio, fósforo e material polimérico
para elaboração de microesferas como alternativa para o enriquecimento de
alimentos.
Estabelecer o protocolo da elaboração das microesferas a partir do método de
spray-drying.
Quantificar o teor final de minerais encapsulados, utilizando-se a quantificação
de cinzas e assim determinar a eficiência de encapsulação.
Determinar a morfologia e tamanho das microcápsulas por microscopia de
varredura.
Determinar o rendimento e umidade das microesferas.
Conhecer a cristalinidade da amostra a partir da análise de difração de raio-X.
13
3 REVISÃO DA LITERATURA
3.1 IMPORTÂNCIA DOS MINERAIS NO METABOLISMO HUMANO
Segundo o National Research Council (1989), o cálcio tem as funções de
constituir o tecido ósseo, funcionar como um mensageiro intracelular nas células e
nos tecidos, como mediador de contração vascular, vasodilatação, função muscular,
transmissão nervosa e secreção hormonal.
A função do fósforo no organismo, segundo Cozzolino (2007), é de auxiliar na
manutenção do pH, na reserva temporária de energia na forma de ATP (oriundo do
metabolismo de macronutrientes), sendo responsável pela ativação de cascatas
enzimáticas.
Já o magnésio, de acordo com Bordignon (2003), regula uma grande parte dos
sistemas enzimáticos, atua no equilíbrio hídrico e eletrolítico do organismo e têm um
importante papel na síntese das proteínas, carboidratos, ácidos nucleicos e lipídeos.
A deficiência mineral nos seres humanos é causadora de patologias e a
carência desses minerais pode ocorrer devido a diversos motivos desde escassez de
minerais na dieta, má absorção ou baixa biodisponibilidade. Um estudo de avaliação
do consumo de minerais na dieta da população brasileira realizado pela Faculdade de
Ciências Farmacêuticas da USP e sintetizado por Cozzolino (2007), mostra que o
consumo diário de cálcio da população brasileira gira em torno de 300/500 mg/dia,
enquanto a Ingestão Diária Recomendada (IDR) pelo Ministério da Saúde (BRASIL,
2005) é de 1000 mg/dia.
A Ingestão Diária Recomendada (IDR) de magnésio corresponde a 260 mg/dia
(BRASIL, 2005), mas segundo este mesmo estudo de Cozzolino (2007), poucas
regiões têm valor limítrofe, enquanto os outros ficam abaixo da recomendação. A IDR
para o fósforo é de 700 mg/dia (BRASIL, 2005), porém como exposto por Veiga (2013)
o consumo deste mineral é inadequado em pouco mais de dois terços dos
adolescentes estudados.
14
Segundo dados observados por Ribeiro (2002), em estudo com atletas da
ginástica olímpica de clubes do Rio de Janeiro e São Paulo, o consumo de produtos
com fonte de cálcio está abaixo da recomendação nutricional (National Research,
1989) em aproximadamente 45%. O consumo deste nutriente é essencial,
especialmente para atletas, visto que o exercício acelera a perda do cálcio no suor.
3.2 ALIMENTOS ENRIQUECIDOS
Segundo a Anvisa, alimentos fortificados ou enriquecidos são aqueles
adicionados de um ou mais nutrientes essenciais, como os minerais, com o objetivo
de aumentar o valor nutritivo na alimentação da população ou de grupos específicos
(BRASIL, 1998).
Existem duas modalidades de adição de nutrientes, os chamados ‘alimentos
adicionados de nutrientes essenciais’ e os ‘alimentos enriquecidos ou fortificados’. Os
primeiros, para receber essa denominação, necessitam que 100 mL ou 100 g do
produto forneçam no máximo 7,5% da IDR, podendo constar na embalagem “alimento
fonte” de determinado nutriente. Já os alimentos enriquecidos ou fortificados
necessitam que esse número seja pelo menos 15% da IDR, para serem denominados
como “alimento com alto teor ou rico” em determinado nutriente (BRASIL, 1998).
Para a adição do nutriente, devem-se inserir concentrações que não
acarretem em ingestão excessiva ou irrelevante. Deve-se também considerar sua
interação com outros nutrientes ou substâncias, sua biodisponibilidade e segurança
(BRASIL, 1998).
3.3 BIODISPONIBILIDADE
O termo biodisponibilidade foi primeiro aplicado à área farmacológica, visando
determinar qual a proporção da droga atinge a corrente sanguínea intacta. Então, na
década de 80 entendendo-se que a presença do nutriente não garantia a sua
absorção, esse termo foi adaptado para os alimentos para discriminar a proporção de
nutrientes realmente aproveitada pelo organismo. Porém, no Congresso de
biodisponibilidade, realizado na Holanda em 1997, essa definição mudou:
15
“Biodisponibilidade é a fração de qualquer nutriente ingerido com o potencial para
suprir demandas fisiológicas em tecidos alvos” (COZZOLINO, 1997).
De acordo com Bronner e Pansu (1998), a biodisponibilidade é dependente
da digestibilidade, solubilização, absorção, retenção e utilização pelo indivíduo.
A absorção de cálcio no corpo humano dá-se de duas formas: ativa e passiva.
O transporte ativo acontece quando existe baixa ingestão do mineral, é dependente
da vitamina D e acontece predominantemente no duodeno (pH 6,6). O transporte
passivo acontece com o aumento da ingestão de cálcio e ocorre principalmente no
íleo (pH > 8), no ceco (pH 7,6) e no cólon ascendente (pH 7), (BRONNER, 1998)
No estômago, os ácidos secretados diminuem o pH do conteúdo estomacal,
depois de expelido para o duodeno o pH sobe para níveis alcalinos; nessa mudança
menos cálcio é solubilizado e uma parte precipita. Por esse motivo, o carbonato de
cálcio, comumente utilizado no enriquecimento dos alimentos, quando ingerido
sozinho se torna uma fonte pobre de cálcio (RECKER 1985 apud BRONNER 1998).
Os componentes da dieta ingeridos juntamente com o cálcio também podem
ser fatores determinantes para sua absorção, por exemplo no caso de fitatos, oxalatos
e taninos, que formam complexos insolúveis com o cálcio e reduzem sua absorção
(COZZOLINO, 2007).
O fósforo apresenta, em geral, boa biodisponibilidade nos alimentos, porém
em sementes, leguminosas e castanhas, que contém ácido fítico a biodisponibilidade
é reduzida. Porém, pela ação de fitases e colônias de bactérias uma quantidade de
fósforo é hidrolisada e torna-se disponível (COZZOLINO, 2007).
O magnésio, assim como o cálcio também é predominantemente absorvido
no íleo e cólon. Não há competição entre o magnésio e o cálcio pela absorção
(COZZOLINO, 2007). Em relação à biodisponibilidade, os fitatos, fibras, álcool e o
excesso de fosfato diminuem a absorção do magnésio.
3.4 MICROPARTÍCULAS POLIMÉRICAS
Segundo Arshady (1991), Burgess e Hickey (1994), micropartículas são
esféricas e sólidas e seu tamanho varia entre 1 e 1000 µm (apud SILVA et al., 2003,
p.2).
16
As micropartículas podem ser classificadas em microcápsulas e microesferas,
diferenciadas pela forma em que o conteúdo se encontra, sendo matricial ou
reservatório (FAYAD, 2010).
Na microcápsula forma-se um núcleo do princípio ativo com envoltório do
polímero, sendo classificada como reservatório (SILVA et al., 2003) (Figura 1). As
microcápsulas são heterogêneas, pois formam uma bolsa contendo o princípio ativo
(também chamado de sistema vesicular), cuja cavidade pode ser oleosa ou aquosa e
é envolvida pelo polímero que forma uma membrana, cuja espessura é bastante
variável (FAYAD, 2010). As microcápsulas podem ser mono ou polinucleares,
dependendo da quantidade de núcleos formados (SILVA, 2003).
FIGURA 1: REPRESENTAÇÃO DE ESFERA (A) E CÁPSULA (B)
Fonte: ANDREANI (2009) e PEDROZA-ISLAS (1999) apud FAYAD (2010)
Nas microesferas, o princípio ativo fica disperso no material polimérico, sendo,
portanto, matricial. A microesfera pode ser homogênea ou heterogênea, na qual o
polímero forma uma espécie de rede em que o princípio ativo pode estar dissolvido
(homogênea) ou disperso na superfície (heterogênea) (FAYAD, 2010; SILVA et al.,
2003). Essa estrutura também pode ser denominada de tipo “esponja” pela
semelhança visual (Figura 2).
17
FIGURA 2: ESTRUTURA DOS DIFERENTES TIPOS DE MICROPARTÍCULAS
Fonte: SILVA et al (2003).
3.5 APLICAÇÃO DE MICROPARTÍCULAS
Devido às suas propriedades, as micropartículas são amplamente utilizadas
para encapsular substâncias como pigmentos, vitaminas, fármacos e nutrientes
(BOURGEAT, 2003).
Na área de alimentos são realizadas pesquisas com o objetivo de proteger
nutrientes, vitaminas e oleaginosas; e também diminuir características sensoriais
desagradáveis (COCATO et al, 2007; VALDUGA et al, 2008; DRUSCH et al., 2006).
Os efeitos da oxidação, reação que diminui a biodisponibilidade e agrega
sabores desagradáveis ao alimento, foram reduzidos com a utilização de
microcápsulas (COCATO et al., 2007).
Na área de alimentos, é possível observar o uso de micropartículas
principalmente para proteção do princípio ativo, como no estudo de Favaro-Trindade
(2002) em que foram microencapsulados microrganismos probióticos (L. acidophilus
e B. lactis) por spray drying, visto que pela legislação atual os microrganismos devem
ser viáveis, ou seja, precisam sobreviver ao trato gastrointestinal.
Outra aplicação da micropartícula é para armazenamento de enzimas para
acelerar o amadurecimento de queijos, como no estudo de Kailasapathy (2005), onde
os queijos adicionados das micropartículas tiverem a taxa de proteólise aumentada
em relação aos queijos não tratados com micropartículas.
Comunian (2013) realizou um estudo para encapsular ácido ascórbico pelo
método de coacervação complexa, com o objetivo de aumentar a estabilidade
protegendo-o de fatores como aquecimento, luz e oxidação; e assim adicionar a
microcápsula como um antioxidante para carnes.
18
3.6 MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE MICROPARTÍCULAS
A escolha do método de obtenção de micropartículas depende, entre vários
fatores, da aplicação da microcápsula, das propriedades físico-químicas do princípio
ativo e do agente encapsulante, do tamanho desejado para as partículas e do
mecanismo de liberação (JACKSON e LEE, 1991 apud FAVARO-TRINDADE, 2008).
Dentre os métodos, os mais utilizados em pesquisas são: spray drying,
liofilização, coacervação simples e complexa, lipossomas e lipoesferas, extrusão, leito
fluidizado e inclusão molecular (FAVARO-TRINDADE et al., 2008).
Na liofilização, só é possível encapsular materiais líquidos; no leito fluidizado
apenas sólidos; nos demais métodos, é possível encapsular materiais sólidos ou
líquidos, mas não gasosos, com exceção dos métodos de extrusão que permitem
encapsular gases (Southwest Research Institute, 1991; SHAHIDI e HAN, 1993; DESAI
e PARK, 2005; e MADENE et al., 2006 apud FAVARO-TRINDADE et al., 2008).
3.6.1 SPRAY DRYING
No método de spray drying, a solução contendo o polímero e o princípio ativo
é nebulizada em um bico atomizador. As gotículas nebulizadas são direcionadas à
uma câmera dessecante, que em alta temperatura vai evaporar o solvente e formar
micropartículas sólidas (ESPOSITO et al., 2002; SOSNIK, 2015 apud LYRA 2016).
Mesmo com a alta temperatura no interior da câmara, os compostos termossensíveis
não sofrem alterações, pois o tempo de exposição das partículas é curto:
“Em contato com o ar aquecido, a água se evapora rapidamente da cápsula. A alta relação área de superfície/volume das partículas promove rápida evaporação da água. Com isso, o tempo de exposição das partículas ao calor é curto (geralmente poucos segundos), e a temperatura do núcleo não ultrapassa os 100 °C, o que reduz a ocorrência de alterações indesejáveis em compostos termossensíveis” (DZIEZAK, 1988 apud AZEREDO, 2005).
Spray drying é uma técnica de transformação de fluídos em pós ou grânulos
por atomização em uma corrente de ar quente. Essa técnica é amplamente utilizada
19
nas indústrias farmacêutica, química, de materiais e alimentícia, principalmente por
ser rápida, contínua e possível de reprodução em diversas escalas (SOSNIK, 2015).
A secagem por aspersão tem três fases. Na primeira, o fluído é disperso em
forma de gotículas, aumentando assim a sua área superficial; na segunda fase, as
gotículas entram em contato com a corrente de ar aquecido e assim ocorre a
transferência de calor; na terceira fase, o solvente é evaporado e formam-se partículas
sólidas (OLIVEIRA, 2010).
Na área de alimentos, as indústrias utilizam a técnica de spray dryer para
secagem de produtos em pós finos. A técnica, quando comparada à liofilização é mais
rápida e tem alta produtividade (ALVIM, 2005).
Com relação à encapsulação por spray dryer em alimentos, pode-se citar o
estudo de Valduga (2008), que microencapsulou a antocianina do bagaço da uva do
cultivar “Isabel”. Como material encapsulante, foi utilizada maltodextrina e goma
arábica. Neste estudo, mostrou-se que a melhor condição de encapsulamento ocorreu
quando utilizadas proporções iguais de maltodextrina e goma arábica.
3.7 POLÍMEROS pH-DEPENDENTES
Os sistemas pH-dependentes são compostos que se beneficiam da mudança
de pH no trato digestório. Neste caso, os materiais utilizados para revestimentos
geralmente são insolúveis em pH ácidos e solúveis em pH neutro ou levemente
alcalino. Portanto, esses polímeros previnem a liberação de seu núcleo ativo em locais
como estômago e intestino delgado onde não serão eficientemente absorvidos (LYRA,
2016).
Os polímeros chamados pH-dependentes, como por exemplo o Eudragit®,
permitem que a liberação dos minerais seja feita de forma seletiva. Dentre os
diferentes encontrados para comercialização, destaca-se o Eudragit®S100 (ES100),
um polímero entérico, com liberação a partir do duodeno (pH próximo a 6,0) e que não
ocorre em pHs ácidos (estômago).
O ES100 é um copolímero aniônico formados com base no ácido metacrílico
e metil metacrilato. A proporção de grupos carboxílicos livres e esterificados é de 1:2
(Figura 3) (FREIRE, 2016).
20
FIGURA 3: ESTRUTURA QUÍMICA DE DIVERSOS TIPOS DE EUDRAGIT®
Fonte: FREIRE (2006)
21
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 EQUIPAMENTOS
Agitador magnético (SOLAB, modelo SL-91, Piracicaba, Brasil)
Analisador de umidade (SARTORIUS, modelo MA35, Göttingen, Alemanha)
Balança analítica (CELTAC, modelo FA2104N, São Paulo, Brasil)
Balança analítica (BEL Engineering, modelo Mark 205 A)
Mufla (QUIMIS, modelo 318D24, Diadema, Brasil)
Microscópio eletrônico de varredura com emissão de campo (TESCAN, modelo
Mira 3, Brno, República Tcheca)
Sistema de secagem por aspersão, Spray dryer (LABMAQ, modelo MSD 0.5;
Ribeirão Preto, Brasil)
4.2 REAGENTES E SOLVENTES
4.2.1 Minerais
Cloreto de Cálcio Dihidratado (CaCl2.2H2O, ALPHATEC, Macaé, Brasil)
Fosfato de potássio monobásico anidro (KH2PO4, Qhemis, Jundiaí, Brasil)
Carbonato de Magnésio (CaCO3, ALPHATEC, Macaé, Brasil)
4.2.2 Polímero
Polímero Eudragit®S100 doado pelo Departamento do curso de Farmácia da
Universidade Estadual de Ponta Grossa.
4.2.3 Água purificada
Água ultra-pura, obtida por sistema de purificação de água (Milli-Q®,
MILLIPORE, Bedford, MA, Estados Unidos).
Para desenvolvimento das microesferas foi utilizada água destilada obtida no
equipamento FANEM LTDA (modelo 724/2-A, São Paulo, Brasil).
4.2.3 Solventes e Demais Reagentes
Álcool Etílico P.A. 95% (CH3CH2OH, ALPHATEC, Macaé, RJ)
22
4.3 DESENHO EXPERIMENTAL
As fases deste estudo estão esquematizadas na Figura 4. Inicialmente foi
realizada uma investigação em artigos científicos para determinar a concentração dos
minerais e melhor método de obtenção da microesfera. Na sequência, foi realizado o
desenvolvimento das microesferas poliméricas de ES100. Com as microesferas
prontas, foram avaliados o rendimento, a eficiência da encapsulação e a umidade e
realizadas análises de cinzas dos minerais e caracterizações morfológicas.
23
FIGURA 4: DESENHO EXPERIMENTAL DAS FASES DO ESTUDO
CARACTERIZAÇÃO FEG-SEM
REVISÃO TEÓRICA
PLANEJAMENTO DA COMPOSIÇÃO
DAS MICROESFERAS
QUANTIFICAÇÃO ANÁLISE DE CINZAS
DIFRAÇÃO DE RAIOS X
OBTENÇÃO DE MICROPARTÍCULAS RENDIMENTO
UMIDADE
EE%
24
4.4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.4.1 Planejamento da composição das microesferas
Na Tabela 1 está apresentada a quantidade utilizada do polímero e minerais,
baseada no estudo de Lyra (2016), cuja concentração de componente ativo máximo
seria de 20%. Assim sendo, este estudo foi planejado para utilizar 10% de minerais e
90% de polímero. Para a proporção entre os minerais, levou-se em conta as
recomendações propostas nas DRIs (Dietary Reference Intakes) na proporção de
Cálcio/Fósforo/Magnésio de 2:1:0,4 (PADOVANI et al, 2006).
Foi preparada uma suspensão sem adição dos minerais (branco) para fins
comparativos.
TABELA 1: CONCENTRAÇÃO DOS COMPONENTES UTILIZADOS PARA O PROCEDIMENTO
EXPERIMENTAL
Componentes Proporção na concentração
da microesfera (%)
Quantidades utilizadas
Cloreto de Cálcio 5,8825 0,11765g
Fosfato de potássio 2,94 0,0588g
Carbonato de Magnésio 1,175 0,0235
Teor de polímero 90 1,8g
Tipo de solvente Etanol:água 550:200 V/V 750 mL
Fonte: A autora (2017)
4.4.2 Spray Drying
As fontes de minerais foram dissolvidas em água (200 mL) e o polímero em
etanol P.A. (550 mL) e posteriormente as duas soluções foram homogeneizadas, sob
agitação magnética (SOLAB), por 15 minutos. A mistura foi levada ao Spray Dryer
(LABMAQ), sob as seguintes condições: diâmetro do atomizador: 0,82 mm, pressão
de atomização: 3 kgf cm-2, fluxo do ar de secagem: 40 L h-1, fluxo de alimentação da
formulação em secagem: 0,22 L h-1 e temperatura de saída: 60 ± 5°C.
4.4.3 Rendimento das micropartículas
O rendimento das microesferas foi calculado pela divisão da massa final das
microesferas, pela soma da massa do polímero e dos minerais, conforme a equação
1.
25
𝑅 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑚𝑖𝑐𝑟𝑜𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎𝑠)
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 + 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑖𝑠) 𝑥100
4.4.4 Análise de Umidade
A porcentagem de água presente na formulação das microesferas, do branco
e da mistura física entre polímero e minerais foi determinada em analisador de
umidade (MA35, SARTORIUS). Cada amostra de 0,5 gramas foi colocada em um
prato de alumínio previamente seco e aquecida a 105 °C até massa constante.
4.4.5 Análise de Cinzas
As amostras foram calcinadas em chapa metálica e levadas à mufla à 550 °C
por 4 horas e comparadas quanto ao teor de cinzas (LUTZ, 2005)
4.4.6 Eficiência de encapsulação (EE%)
A eficiência de encapsulação foi calculada dividindo o valor das cinzas da
formulação pelo valor inicialmente colocado de minerais, como exemplificado na
equação 2.
𝐸𝐸% = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑖𝑠 + 𝑐𝑖𝑛𝑧𝑎𝑠 𝐸𝑢𝑑𝑟𝑎𝑔𝑖𝑡 𝑥100
4.4.7 Microscopia Eletrônica de Varredura por Emissão de Campo (Field Emission
Gun Scanning Electron Microscopy - FEG-SEM)
Para determinação da estrutura e da superfície das microesferas, foi utilizado
Microscópio Eletrônico de Varredura por Emissão de Campo (Mira 3, TESCAN).
4.4.8 Difração de raios-X
As microesferas foram analisadas em difratômetro de raios X para
determinação de seu arranjo espacial, uma das principais técnicas utilizadas para
26
definir a cristalinidade da amostra, visto que cada material tem um único padrão
difratométrico. A partir do arranjo da molécula podemos definir se ela é cristalina ou
amorfa, o que influencia em sua solubilidade.
Substâncias mais cristalinas são menos solúveis e apresentam picos definidos;
substâncias amorfas não tem picos definidos, porém são mais solúveis pela
disposição aleatória das moléculas. Portanto, pode-se afirmar que a cristalinidade da
substância pode influenciar na sua biodisponibilidade, visto que a solubilização pode
ser dificultada ou facilitada.
Para a análise foram utilizadas as seguintes condições: ângulo 2θ inicial 5° e
2θ final 80°, à 2°/min e passo de 0,02°.
27
5 RESULTADOS
As micropartículas foram obtidas com sucesso por Spray Drying e
apresentaram aspecto de pó branco a olho nu e sem aglomerados.
5.1 RENDIMENTO E UMIDADE
O rendimento da formulação foi calculado a partir da Equação 1 e os
resultados são apresentados na tabela 2. Para a umidade, inicialmente foi realizada a
tentativa de determinar pelo método de estufa com circulação de ar em triplicata.
Porém, por ser uma massa pequena, verificou-se a existência de erro significante. Na
sequência, repetiram-se as análises em analisador de umidade infravermelho,
entretanto sem quantidade suficiente para triplicata.
TABELA 2: PERCENTUAIS DE RENDIMENTO E UMIDADE DAS MICROPARTÍCULAS
FORMULAÇÃO Rendimento (%) Umidade (%)
Micropartículas 51,95 6,64
Branco 4,85
Polímero + minerais 4,95
Fonte: A autora (2017)
O rendimento obtido está em consonância com o estudo de Lyra (2016) que
obteve valores entre 42,76% e 63,21% nas formulações contendo fármaco e
Eudragit®.
O rendimento se mostrou maior que nos estudos de Raffin et al. (2007) e Cruz
et al. (2010), de 36 e 47% respectivamente.
Os resultados de umidade ficaram próximos aos encontrados na literatura
para microesferas de S100, como em Cruz (2010) que variou de 6,60 à 8,31% e em
Lyra (2016) que variou de 1,41 à 5,77%. Vale ressaltar que valores de umidade abaixo
de 10%, são mais estáveis em matrizes alimentares. O conteúdo de umidade
influencia em modificações químicas e físicas, assim como na multiplicação de
microrganismos (ROCKLAND, 1987).
5.2 TEOR DE CINZAS
A tabela 3 apresenta os teores de cinzas das micropartículas encapsuladas
com minerais, branco e polímero + minerais.
28
TABELA 3: TEOR DE CINZAS NAS DIFERENTES FORMULAÇÕES
FORMULAÇÃO Cinzas (%) Média ± DP
Micropartículas 10,3580 ± 2,07
Branco 0,55 ± 0,27
Polímero + minerais 10,5689 ± 4,43
Fonte: A autora (2017)
Levando-se em conta os valores médios de cinzas, os minerais mostraram-se
estáveis com relação aos procedimentos realizados. Isso porque, as micropartículas
em que haviam minerais, apresentaram média de 10% de teor de cinzas. Esse
resultado demonstra que o polímero, material orgânico, foi evaporado, enquanto os
minerais (inorgânicos) permaneceram no encapsulado.
5.3 EFICIÊNCIA DE ENCAPSULAÇÃO
A eficiência da encapsulação, segundo o método proposto, foi de 98,69% (±
18,94), estando em conformidade aos encontrados por Cruz (2010) que alcançou uma
eficiência de 93,82% ± 4,15%. Este dado confirma o atendimento ao objetivo proposto
neste estudo.
5.4 FEG-SEM
A figura 5 apresenta a morfologia das microesferas produzidas neste estudo.
As micropartículas apresentadas de M1 a M3 são correspondentes à formulação de
microesferas preparadas com etanol e água (550:200 V/V) contendo polímero e
minerais. As imagens M4 a M6 correspondem ao branco, que contém a mesma
proporção de polímero, etanol e água, mas não contém os minerais.
29
FIGURA 5: ELETROMICROGRAFIAS FEG-SEM DAS MICROPARTÍCULAS COM E SEM MINERAIS EM DIFERENTES AUMENTOS
Eletromicrografias da formulação branco (M1 a M3) e das microesferas (M4 a M6) em diferentes aumentos.
Fonte: A autora (2017)
Como observa-se nas imagens, as micropartículas têm forma esférica e
superfície lisa, similares às encontradas nos estudos de Cruz et al. (2010), Raffin et
al. (2007) e Lyra (2016) que também utilizaram ES100 em spray dryer e também
similares aos encontrados em Alvim et al. (2015), utilizando goma arábica e ácido
ascórbico. Pode-se observar, também, a polidispersidade, característica de
microesferas produzidas em spray dryer, em que existem partículas maiores e
menores juntas. Isso acontece porque o aerossol do spray dryer produz gotículas de
30
diferentes tamanhos. A partir deste resultado, foi possível caracterizar as microesferas
produzidas, conforme objetivo inicialmente proposto.
5.5 DIFRAÇÃO DE RAIO X
Os difratogramas apresentados nas figuras 6 e 7, apresentam indicações da
cristalinidade das microesferas com e sem minerais. É possível observar que ambas
têm caráter amorfo, visto que não possuem picos bem definidos. Alguns dos picos
que aparecem podem significar microdomínios do mineral no polímero e confirmar sua
encapsulação (MENDES, 2011 apus LYRA, 2016).
FIGURA 6: DIFRATOGRAMA DAS MICROPARTÍCULAS SEM MINERAIS
Fonte: A autora (2017)
31
FIGURA 7: DIFRATOGRAMA DAS MICROPARTÍCULAS COM MINERAIS
Fonte: A autora (2017)
Na figura 8, os difratogramas com e sem minerais foram cruzados para uma
melhor comparação. Pode-se perceber que ambos não tem picos bem definidos, mas
tem a existência de microdomínios em ângulos muito próximos.
FIGURA 8: DIFRATOGRAMA COMPARATIVO DAS MICROESFERAS COM E SEM MINERAIS
Fonte: A autora (2017)
32
Para confirmar que houve um aumento da solubilidade, seria necessário
comparar com os difratogramas dos sais, porém, sabe-se que os sais utilizados são
materiais cristalinos e que as microesferas desenvolvidas, como já citado, são
amorfas e possivelmente solúveis.
33
6 CONCLUSÃO
A partir dos dados apresentados e discutidos neste trabalho, demostrou-se a
viabilidade no desenvolvimento de microesferas contendo Eudragit® S100, como
material de parede e os minerais cálcio, fósforo e magnésio como ativos, assim como
foi possível estabelecer um protocolo para a sua elaboração pelo Spray Dryer.
A partir de uma revisão bibliográfica pode-se determinar que a proporção
recomendada entre material de parede e ativo para spray dryer é de até 20% de ativo
e 80% de encapsulante. Para os nutrientes determinou-se que a proporção ideal
segundo a legislação para cálcio, fósforo e magnésio é de respectivamente 2:1:0,4.
A formulação utilizada com proporção de ativo utilizado (minerais) de 10% e
de polímero de 90%, teve bom rendimento e boa eficiência de encapsulação.
Pode-se determinar que as microesferas possuem morfologia característica
de microesferas feitas em spray dryer, sendo esféricas, algumas côncavas, de
superfície lisa e polidispersas.
Em relação à umidade a formulação está próxima aos valores encontrados na
literatura e adequado para a incorporação em matriz alimentar.
Pode-se perceber que quanto à difração de raio x, as amostras de
microesferas desenvolvidas são amorfas.
Levando-se em conta os resultados positivos observados neste estudo, para
futura utilização da formulação desenvolvida, sugere-se incluir análises para
determinar o tamanho e a polidispersão das microesferas, sua biodisponibilidade in
vivo, sua solubilidade em diferentes matrizes alimentares, informações sobre o grupo
funcional da molécula, sua estabilidade, entre outros.
34
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